EP3530760A1

EP3530760A1 - Verfahren zum herstellen eines warmumgeformten und gehärteten stahlblechbauteils

Info

Publication number: EP3530760A1
Application number: EP18158369.1A
Authority: EP
Inventors: Herr Markus Kettler; Georg Frost; Herr Karsten Bake
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2019-08-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und gehärteten Stahlblechbauteils mit einer metallischen Korrosionsschutzbeschichtung aufweisend folgende Verfahrensschritte:• Bereitstellen einer Platine 2 mit einer Korrsionsschutzbeschichtung,• Erwärmen der Platine 2 auf eine Temperatur größer AC3 des Stahlwerkstoffes, so dass die Korrosionsschutzschicht mit der Platine 2 durchlegiert,• Homogenes Einstellen einer Temperatur zwischen 500°C und AC3, insbesondere von 550°C bis kleiner gleich AC1,• Überführen der so vortemperierten Platine 2 in eine Temperierstation 4 und bereichsweise Erwärmen auf eine Temperatur größer gleich AC3 Temperatur, wobei die anderen Bereiche auf der Vortemperatur gehalten werden oder auf eine Temperatur kleiner AC3 erwärmt werden,• Warmumformen und Presshärten der partiell temperierten Platine 2 in einem Warmumform und Presshärtewerkzeug 5 zu einem Stahlblechbauteil mit bereichsweise voneinander verschiedenen Festigkeitseigenschaften.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines warmumgeformten und gehärteten Stahlblechbauteils auf einer Warmformlinie gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Stahlbauteile warmumzuformen und zu härten. Dies wird auch als Warmumformen mit anschließendem Presshärten bezeichnet. Eine Platine aus einer härtbaren Stahllegierung wird dazu zumindest bereichsweise auf eine Temperatur über AC3 Temperatur (Austenitisierungstemperatur) erwärmt. Die Platine befindet sich somit zumindest bereichsweise in einem austenitisierten Zustand. In diesem warmen Zustand sind die Formgebungsfreiheitsgrade vergrößert, so dass in einem Pressumformwerkzeug eine Warmumformung stattfinden kann. Anschließend wird das warmumgeformte Bauteil derart schnell abgekühlt, dass ein Abschreckhärten bzw. Presshärten stattfindet. Insbesondere in den zuvor austenitisierten Bereichen wird somit ein martensitisches und damit hoch- oder höchstfestes Werkstoffgefüge eingestellt.
Damit die Platinen zunächst auf die Austenitisierungstemperatur, mithin auf ca. 900°C oder mehr, gebracht werden, ist dem Warmumform- und Presshärtewerkzeug eine Erwärmungseinrichtung vorgeschaltet. Diese ist zumeist ein Durchlaufofen, welcher jedoch relativ viel Energie und auch Platz in einer Produktionshalle bedarf.
In den letzten Jahren ist die platzsparende und deutlich schneller durchzuführende Kontakterwärmung bekannt geworden. Hierbei wird eine Temperierstation verwendet, die Temperierplatten aufweist. Die zu erwärmende Blechplatine wird in die Temperierstation eingelegt und die Temperierstation wird geschlossen. Die in den Temperierplatten vorhandene Wärme geht durch Wärmeleitung in die zu erwärmende Platine über. Dies wird auch als Kontakterwärmung bezeichnet. Beispielsweise ist eine solche Temperierstation aus der DE 10 2012 110 649 B3 bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Warmformlinie mit Temperierstation bereitzustellen, mit der es möglich ist, präzise eine Platine partiell voneinander verschieden zu erwärmen, bei geringem Energiebedarf und besonders kurzer Erwärmungszeit.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Herstellen eines warmumgeformten und gehärteten Stahlblechbauteils mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und gehärteten Stahlblechbauteils, insbesondere eines Kraftfahrzeugbauteils mit einer metallischen Korrosionsschutzbeschichtung, insbesondere einer Al-Si-Beschichtung weist folgende Verfahrensschritte auf:

Bereitstellen einer Platine mit einer Korrsionsschutzbeschichtung,
Erwärmen der Platine auf eine Temperatur größer AC3 des Stahlwerkstoffes, so dass die Korrosionsschutzschicht mit dem Grundmaterial der Platine durchlegiert,
Homogenes Einstellen einer Temperatur in der Platine von 500°C bis AC1, insbesondere von 550°C bis kleiner AC1,
Überführen der so vortemperierten Platine in eine Temperierstation und bereichsweise Erwärmen auf eine Temperatur größer gleich AC3 Temperatur, wobei die anderen Bereiche auf der Vortemperatur gehalten werden oder auf eine Temperatur kleiner gleich AC1 erwärmt werden,
Warmumformen und Presshärten der partiell temperierten Platine in einem Warmumform- und Presshärtewerkzeug zu einem Stahlblechbauteil mit bereichsweise voneinander verschiedenen Festig keitseigenschaften.

Als Platine wird insbesondere eine Blechplatine bzw. Stahlplatine aus einer härtbaren Stahllegierung bereitgestellt, beispielsweise aus einem 22MnB5-Stahl. Die Korrosionsschutzbeschichtung ist besonders bevorzugt eine Beschichtung auf Aluminiumbasis, beispielsweise eine Aluminium-Siliziumbeschichtung oder auch eine Beschichtung auf Zinkbasis.
Es hat sich als besonders vorteilig erwiesen, zum einen für die Prozesssicherheit des durchgeführten Verfahrens, zum anderen aus energetischen Aspekten sowie dem benötigten Platzbedarf, in einem zweigeteilten Ofen, insbesondere einem Durchlaufofen, zunächst die Platine auf eine Temperatur größer der AC3-Temperatur zu erwärmen. Dies geschieht insbesondere mit einer Übertemperatur innerhalb einer ersten Temperaturzone des Ofens, so dass die aufgebrachte Beschichtung mit der Oberfläche der Stahlplatine durchlegiert und eine intermetalische Phase ausgebildet wird. Gleichzeitig werden alle Bereiche der Platine austenitisiert, was sich wiederum vorteilig mit Hinblick auf spätere feste, jedoch auch weiche bzw. duktile Bereiche innerhalb der Platine auswirkt.
Im Anschluss an das erste Austenitisieren wird eine Temperatur in der Platine eingestellt, die von 500°C bis AC1-Temperatur beträgt, insbesondere von 550°C bis kleiner AC1-Temperatur beträgt. Dieser zweistufige Temperierungsvorgang wird auch Vortemperieren bzw. Vorerwärmen genannt.
Die so vortemperierte Platine, welche bereits eine intermetallische Phase mit der Korrosionsschutzbeschichtung gebildet hat, wird dann in eine Temperierstation überführt. Die Temperierstation ist als Kontakttemperiertstation ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Temperierstation mindestens eine Kontaktplatte aufweist und die Kontaktplatte mittels Wärmeleitung ihre Wärme an die zu erwärmende Platine abgibt. In der Temperierstation selbst wird die Platine dann bereichsweise auf Temperaturen größer AC3 erwärmt, also wiederum austenitisiert. Andere Bereiche können auf der Vortemperatur gehalten werden oder aber auf eine Temperatur kleiner AC1 erwärmt werden. Es wäre im Rahmen der Erfindung auch vorstellbar, dass die anderen Bereiche entsprechend gekühlt werden. Die Zieltemperatur liegt jedoch ebenfalls hier in einem Bereich zwischen 500°C und kleiner AC1-Temperatur.
Die so partiell temperierte Platine wird im Anschluss von der Temperierstation in ein Warmumform- und Presshärtewerkzeug überführt und hier warmumgeformt und pressgehärtet. Vorteilig dabei ist, dass keine aufwendigen Maßnahmen wie beispielsweise zusätzliche Beheizungen und/oder nur partielle Kühlungen in dem Warmumform- und Presshärtewerkzeug vorgesehen werden müssen. Die Platine ist bereits partiell temperiert und kann somit in einem konventionellen Warmumform- und Presshärtewerkzeug ohne zusätzliche Temperaturmaßnahmen in dem Werkzeug selbst warmumgeformt und pressgehärtet werden. Insbesondere wird bei dem Presshärten eine Abkühlrate von mindestens 40 K/s gewählt.
Durch das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines warmgeformten und pressgehärteten Stahlblechbauteils ist es somit möglich, ein dreidimensional geformtes Stahlblechbauteil, insbesondere Kraftfahrzeugbauteil, herzustellen, dass zumindest bereichsweise eine Zugfestigkeit größer 1.000 MPa, insbesondere größer 1.200 MPa und bevorzugt größer 1.400 MPa in harten Bereichen aufweist. Die demgegenüber weicheren Bereiche weisen eine Zugfestigkeit kleiner 1.000 MPa, bevorzugt von 500 MPa bis 900 MPa, insbesondere 550 MPa bis 800 MPa, auf.
Ebenfalls ist prozesssicher garantiert, dass die Korrosionsschutzbeschichtung mit der Metallplatine durchlegiert ist und auch beim späteren Umformen, die Korrosionsschutzbeschichtung nicht beschädigt wird. Gleichzeitig sind die Energiekosten sowie die Werkzeugkosten zum Aufstellen und zum Betreiben der Warmformlinie für erfindungsgemäße Herstellungsverfahren verringert, insbesondere hinsichtlich des Warmumform- und Presshärtewerkzeugs. Der Platzbedarf fällt ebenfalls im Vergleich zu anderen Warmformlinien deutlich geringer aus.
Für das Vorerwärmen bzw. Vortemperieren wird im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugt ein Durchlaufofen verwendet, welcher in Durchlaufrichtung zwei unmittelbar aneinander angrenzende Temperaturzonen aufweist. Insbesondere findet eine kontinuierliche Förderung in eine Richtung durch den Durchlaufofen statt. Eine erste Temperaturzone besitzt dabei eine Temperatur größer der AC3-Temperatur, eine darauf folgende zweite Temperaturzone weist eine Temperatur kleiner der AC1-Temperatur, mindestens jedoch ca. 500°C auf.
In der ersten Temperaturzone sollte eine Temperatur der Blechplatine selbst von maximal 930°C eingestellt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass für den Temperaturbereich von 20°C bis 700°C eine Erwärmungsrate von 12K/s nicht überschritten wird, so dass sich eine intermetallische Phase zwischen der Beschichtung und dem Grundmaterial der Platine ausbildet.
In der zweiten Temperaturzone kann eine Innenraumtemperatur des Ofens der Zieltemperatur der Platine oder auch bis zu 50°C darunter betragen, mithin 500°C bis kleiner AC1-Temperatur bzw. bis zu 50°C darunter. Somit kann ein Absenken der Temperatur von einer Temperatur im Bereich von AC3 auf 500°C bis kleiner AC1 erreicht werden. Sollte durch eine kurzzeitige Produktionsunterbrechung der Durchlauf gestoppt werden, so sinkt die Platinentemperatur, insbesondere in der zweiten Temperaturzone, nicht direkt auf ein unterkritisches Temperaturniveau.
Die Durchlaufzeit in der ersten Temperaturzone des Durchlaufofens sollte von 2 bis 6 Minuten, bevorzugt von 3 bis 5 Minuten und insbesondere etwa 4 Minuten betragen. Bevorzugt sind die jeweils genannten längeren Zeiten für Platinen mit einer Wandstärke größer 1,5 mm sowie die genannten kürzeren Zeiten für Platinen mit einer Wandstärke bis 1,5 mm vorgesehen.
Die Durchlaufzeit in der zweiten Temperaturzone sollte zwischen 20s und 240s, insbesondere von 40s bis 180s betragen. Die Durchlaufzeit in der ersten Temperaturzone wird entsprechend an die zu erreichenden Temperaturen und Taktzeiten bei vorgenannter Erwärmungsrate zwischen 20°C und 700°C angepasst. Bevorzugt ist ein Förderer vorgesehen, der sowohl durch erste als auch zweite Temperaturzone fördert, mithin ist die Transportgeschwindigkeit durch den gesamten Durchlaufofen gleich.
Weiterhin erfindungsgemäß kann die Warmformlinie in einer Taktzeit von 5 bis 15 Sekunden, bevorzugt von 7 bis 12 Sekunden, besonders bevorzugt von 8 bis 10 Sekunden betrieben werden. Dies wird realisiert insbesondere durch die dem Warmumform- und Presshärtewerkzeug vorgeschaltete Temperierstation, welche im selben Takt betrieben werden kann wie das Warmumform- und Presshärtewerkzeug selber. Die Transferzeiten zwischen den einzelnen Stationen bzw. Werkzeugen sind bevorzugt noch geringer. So beträgt eine Transferzeit zwischen Ende der Vorerwärmung und Beginn der Kontakterwärmung bevorzugt weniger als 10 Sekunden, insbesondere weniger als 5 Sekunden und ganz besonders bevorzugt innerhalb von 2 bis 5 Sekunden. Hierdurch hat sich wiederum erfindungsgemäß herausgestellt, dass das Zusammenspiel zwischen Vortemperierung sowie partieller Nacherwärmung in Verbindung mit dem in die Platine einzubringenden Wärmeeintrag besonders effektiv durchgeführt wird. Die Taktzeit und die Transferzeit überlappen sich.
Insbesondere bei dem Durchlegieren der Korrosionsschutzschicht bildet sich ein 4-schichtiger Aufbau, beginnend von der Platine bzw. der härtbaren Stahllegierung nach außen. Dieser 4-schichtige Aufbau ist gebildet durch eine Interdiffusionsschicht, welche sich mit der härtbaren Stahllegierung verbindet, gefolgt von einer Zwischenschicht, wiederum gefolgt von einer intermetallischen Schicht und der außenliegenden Oberflächenschicht der Korrosions-schutzbeschichtung.
Ferner ist es möglich, das Stahlblechbauteil mit einer randentkohlten Schicht herzustellen. Dabei stellt sich ein Biegewinkel größer 50° ein und eine Schichtdicke an dem Stahlblechbauteil, an dem eine Randentkohlung aufgetreten ist, zwischen 5 µm und 50 µm. Es ist somit möglich für einen Kohlenstoffgehalt größer 0,20 Gew.-% eine Zugfestigkeit größer 1.350 MPa einzustellen und für einen Kohlenstoffgehalt kleiner 0,35 Gew.-% eine Zugfestigkeit mitunter größer als 1.800 MPa einzustellen. Die Randentkohlung wird durch Entkohlung eines Bandhalbzeuges, mithin bevor ein entsprechendes Stahlband zu Platinen vereinzelt wird, durch Zuführung von Stickstoff und Anteilen eines oxidhaltigen Gases oder Fluides, wie z. B. Wasserdampf oder Wasseratmosphäre, vor dem Tauchbeschichten durchgeführt.
Die Temperierstation zur Kontakttemperierung der Platine weist ferner an einem Unterwerkzeug oder an einem Oberwerkzeug eine Temperierplatte auf. Die Temperierplatte selbst wird homogen auf eine Temperatur größer AC3-Temperatur erwärmt. Die Temperierplatte deckt bevorzugt die zu erwärmende Blechplatine vollflächig ab. Damit nunmehr die Temperierstation geschlossen werden kann ist auf der der Temperierplatte gegenüberliegenden Seite eine Profilierung ausgebildet. Die Profilierung kommt bei geschlossener Temperierstation mit der Blechplatine bereichsweise zur Anlage, dergestalt dass Bereiche erster Art der Blechplatine aufgrund von Anlagenkontakt auch mit der Profilierung austenitisiert werden und Bereiche zweiter Art auf eine Temperatur unter AC1-Temperatur erwärmt werden. Bereiche zweiter Art werden nur auf eine Temperatur unter AC1-Temperatur erwärmt, wobei in diesen Bereichen kein Anlagenkontakt mit der Profilierung erfolgt.
Die zuvor sowie auch die nachfolgend beschriebene Temperierplatte weist besonders bevorzugt eine Temperatur größer der AC3-Temperatur selber auf. Bei Anlagenkontakt erfolgt somit aufgrund von Wärmeleitung eine Erwärmung der Platine auf zumindest bereichsweise größer AC3-Temperatur. Besonders bevorzugt ist die Temperatur der Temperierplatte auf mehr als 50°C, insbesondere mehr als 100°C, und besonders bevorzugt mehr als 150°C, ganz besonders bevorzugt mehr als 200°C größer der AC3-Temperatur erwärmt. Die Temperierplatte sollte jedoch eine Eigentemperatur aufweisen, die nicht mehr als 300°C über der AC3-Temperatur beträgt. Die Temperierplatte selbst deckt besonders bevorzugt mit ihrer flächenmäßigen Erstreckung die Platine vollständig ab. Mithin ist die Temperierplatte flächenmäßig mindestens gleich, bevorzugt größer als die zu erwärmende Platine selbst.
Anstelle von der zuvor beschriebenen Profilierung ist es auch möglich, dass auf der der Temperierplatte gegenüberliegenden Seite in der Temperierstation eine Kontaktplatte vorgesehen ist. Die Kontaktplatte weist partiell Bereiche auf, die ungekühlt und/oder isoliert sind. Die Kontaktplatte weist weitere Bereiche auf, die aktiv gekühlt sind, wobei die Kontaktplatte bevorzugt die Platine ebenfalls vollflächig abdeckt. Bevorzugt ist die Kontaktplatte flächenmäßig genauso groß wie die Temperierplatte.
Eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante sieht vor, dass auf der der Temperierplatte gegenüberliegenden Seite eine alternative Profilierung vorgesehen ist. Diese Profilierung weist ebenfalls Bereiche auf, die gegenüber einer Oberfläche der Profilierung vorsteht und bereichsweise mit der Blechplatine bei geschlossener Temperierstation zur Anlage kommen. Diese zur Anlage kommenden Bereiche sind in der Platine Bereiche zweiter Art, die auf eine Temperatur unter AC1, erwärmt werden, wobei die Profilierung gekühlt ist. Die nicht mit der Profilierung zur Anlage kommenden Bereiche werden durch Anlagenkontakt mit der Temperierplatte selbst wiederum auf eine Temperatur über AC3 erwärmt.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltungsvariante ist es vorstellbar, dass die Temperierstation beidseitig der Platine jeweils eine Temperierplatte aufweist, wobei die Temperierplatte bereichsweise temperiert ist und/oder segmentiert ist, dergestalt, dass Bereiche erster Art der Platine auf über AC3-Temperatur erwärmt werden und Bereiche zweiter Art auf unter AC1 temperiert werden. Diese Bereiche sind in der Temperierplatte selbst durch Isolierwerkstoff und/oder einen gekühlten Bereich ausgebildet. Die Bereiche erster Art der Platine sind in der Temperierplatte selbst beheizt ausgebildet, so dass eine Wärmeleitung von der Temperierplatte an die Bereiche erster Art in der Platine erfolgt.
Weiterhin bevorzugt ist vorgesehen, dass die Temperierplatte und/oder die Profilierung und/oder die Kontaktplatte selbst federnd gelagert ist und im entlasteten Zustand gegenüber einem Oberwerkzeug bzw. Unterwerkzeug in der Temperierstation überstehend ausgebildet ist. Somit wird erreicht, dass in Hubrichtung der Temperierstation die Platine mit der Temperierplatte mit der Profilierung bzw. mit der Kontaktplatte zeitlich früher beidseitig in Kontakt kommt, bevor die Temperierstation ihren unteren Totpunkt in Hubrichtung erreicht hat. Die effektive Kontaktzeit mit der Platine ist somit größer bzw. länger als die Schließzeit im unteren Totpunkt der Temperierstation selbst. Ferner wird ein verbesserter Anlagenkontakt durch die federnde Lagerung erreicht. Ferner kann die federnde Lagerung auch einen Ausgleich zu Wärmedehnungen erreichen und/oder einen vergleichmässigten Anlagenkontakt, insbesondere Anpresskraft bzw. Pressendruck, bei Anlage von Temperierplatte und Platine erreichen.
Ebenfalls wird durch die federnde Lagerung beim Schließen und Öffnen der Temperierstation die Anlagenzeit zur Kontakttemperierung innerhalb der Taktzeit selbst effektiv verlängert.
Die Temperierplatte selbst kann beispielsweise als elektrischer Widerstand ausgebildet sein oder auch durch Erwärmungsmittel erwärmt bzw. temperiert werden. Dies können beispielsweise Heizpatronen, Induktoren oder sonstige bekannte Heizmittel sein. Ferner können in der Temperierplatte, sofern diese bereichsweise gekühlt ist, auch entsprechend aktive Kühlmittel vorgesehen sein.
Die Profilierung selbst wird bevorzugt passiv durch den Anlagenkontakt mittels der Blechplatine durch die Temperierplatte selbst miterwärmt. Im Falle einer gekühlten Profilierung können hier entsprechende Kühl- oder Temperiermittel vorgesehen sein.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung:

Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:

Figur 1

einen schematischen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf,

Figur 2

eine erfindungsgemäße Temperierstation in Seitenansicht,

Figur 3

eine alternative Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Temperierstation gemäß Figur 2,

Figur 4

eine alternative Ausgestaltungsvariante zu Figur 3,

Figur 5

eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante einer Temperierstation in Seitenansicht,

Figur 6

eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante einer Temperierstation in Seitenansicht,

Figur 7

eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante einer Temperierstation in Seitenansicht,

Figur 8

eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante einer Temperierstation in Seitenansicht,

Figur 9

eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante einer Temperierstation in Seitenansicht,

Figur 10

eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante einer Temperierstation in Seitenansicht,

Figur 11

eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante einer Temperierstation in Seitenansicht,

Figur 12

eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante einer Temperierstation in Seitenansicht,

Figur 13

eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante einer Temperierstation in Seitenansicht,

Figur 14

eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante einer Temperierstation in Seitenansicht,

Figur 15

eine alternative Ausgestaltungsvariante einer Temperierstation und

Figur 16

eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante einer Temperierstation.

Figur 1 zeigt eine Warmformlinie, bei der der Temperierstation 4 ein Durchlaufofen 22 vorgeschaltet ist. Der Durchlaufofen 22 weist in Durchlaufrichtung DL in der hier gezeigten Ausführungsvariante zwei Temperaturzonen T₁ und T₂ auf. Eine erste Temperaturzone T₁ kann dabei bevorzugt auf eine Temperatur von 900°C oder mehr aufgeheizt sein. Eine gegebenenfalls vorbeschichtete, bevorzugt mit AlSi vorbeschichtete Platine kann somit vollständig austenitisiert und mit der Vorbeschichtung durchlegiert werden. Eine in Durchlaufrichtung DL nachgeschaltete Temperaturzone T₂ kann eine demgegenüber geringere Temperatur aufweisen, beispielsweise 500°C bis 750°C, bevorzugt im Bereich von ca. 600°C. Die so vorbeschichtete und gegebenenfalls durchlegierte Platine weist ein homogenes Temperaturprofil auf. Diese kann dann in die Temperierstation 4 überführt werden. Hier wird mittels Kontakterwärmung dann ein jeweils lokal abgegrenztes Temperaturprofil aufgeprägt, so dass scharf berandete Übergangsbereiche zwischen den einzelnen Bereichen mit voneinander verschiedenen Temperaturen in der Platine 2 erzeugt werden. Zwischen den einzelnen Stationen können nicht näher dargestellte Industrieroboter oder Manipulatoren die jeweils temperierte Platine bzw. das hergestellte Bauteil überführen.
Figur 2 zeigt nunmehr die Temperierstation 4 in geöffnetem Zustand in Detailansicht. An einem nicht näher dargestellten Oberwerkzeug 7 ist eine Temperierplatte 6 angeordnet, welche bevorzugt als elektrischer Widerstand ausgebildet ist. Somit weist diese Anschlüsse zum Beaufschlagen mit elektrischem Strom auf. Auf der gegenüberliegenden Seite im Bereich eines nicht näher dargestellten Unterwerkzeuges 8 ist einen Trägerplatte 9 angeordnet, auf welcher eine optionale Isolierlage 10 angeordnet ist. Gegenüber der Isolierlage 10 stehen mit einer Höhe H Körper 11 als Profilierung 12 über. Zwischen den Körpern 11 sind jeweils Freiräume 13 ausgebildet, die an einer hier dargestellten Unterseite 14 der partiell erwärmten Platine 3 zu einem Nichtanlagenkontakt führen.
Im Bereich der Körper 11 wird die Platine 2 an die Temperierplatte 6 mit einer Pressenkraft angedrückt. In der Folge werden an der erwärmten Platine 3 Bereiche erster Art 15 ausgebildet sowie Bereiche zweiter Art 16. Die Bereiche erster Art 15 sind vollständig austenitisiert. Die Bereiche zweiter Art 16 sind auf eine Temperatur unter AC1 Temperatur erwärmt. Ist die Temperierstation 4 geschlossen, erfolgt eine Wärmeleitung von der Temperierplatte 6 aufgrund Anlagenkontakt von der Temperierplatte über eine Oberseite 17 in die Platine. Insbesondere werden auch die Körper 11 passiv erwärmt. Diese liegen an der Unterseite 14 der Platine 2 an. Es erfolgt folglich eine Wärmeleitung von der Temperierplatte 6 über die Platine auch in die Körper 11. In der Trägerplatte 9 können optional Kühlkanäle 18 angeordnet sein, so dass einer zu starken Erwärmung der Trägerplatte 9 während eines Dauerbetriebs der Temperierstation 4 entgegengewirkt wird. Die Temperierstation 4 wird in Pressenhubrichtung 20 geschlossen.
Figur 3 zeigt die Temperierstation 4 analog zu Figur 2. Hier sind jedoch die Körper 11 durch Federn 21 in Pressenhubrichtung 20 gegenüber der Isolierlage 10 überstehend. Somit sind die Körper 11 federnd gelagert.
Figur 4 zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante, bei der das gesamte Unterwerkzeug 8 federnd gelagert ist, beispielsweise auf einer Werkzeugplatte oder auf einem Untergrund. Auch hierdurch kann die Zeit der wärmeleitenden Anlage von Platine 2 und Körper 11 verlängert werden.
Figur 5 zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante einer erfindungsgemäßen Temperierstation 4. Hierbei wird eine obere Temperierplatte 6 vollständig erwärmt und kommt ebenfalls vollständig mit der zu erwärmenden Platine 2 in Anlagenkontakt. Eine demgegenüber untere Temperierplatte 6 weist in diesem Falle auch eine Profilierung 12 auf. Die untere Temperierplatte 6 selbst ist jedoch auch über Heizmittel 24, beispielsweise Induktoren, selbst beheizt. Es verbleiben jedoch Freiräume 13, die bei geschlossener Temperierstation 4 und Anlagenkontakt mit der Platine 2 einen Freiraum 13 belassen. In der Platine 2 bilden sich somit Bereiche zweiter Art 16 aus, die entsprechend nicht auf über AC1-Temperatur erwärmt werden. Die Bereiche erster Art 15 der Platine 2, die in einen beidseitigen Anlagenkontakt kommen, werden entsprechend auf über AC3-Temperatur erwärmt.
Bei den zuvor und nachfolgend benannten Heizmitteln kann es sich um Widerstandsheizungen handeln, jedoch auch um Brennerheizungen, Heizkartuschen oder Mantelheizleiter. Wie bereits zuvor erwähnt, kann jedoch auch die jeweilige Temperierplatte 6, 23 als elektrischer Widerstand selbst ausgebildet sein und somit als Widerstandsheizplatte. Auch können die Heizmittel Induktoren sein, die mittels Induktion die Temperierplatte 6, 23 temperieren und die Temperierplatte 6, 23 wiederum die Wärme mittels Wärmeleitung an die zu erwärmende Platine 2 weitergibt.
Figur 6 zeigt eine analoge Ausführungsvariante zu Figur 5. Hier ist jedoch eine umlaufende Isolierung 25 an der unteren Heizplatte 23 angeordnet. Ferner sind in dieser Ausgestaltungsvariante die Federn 21 nicht vorgesehen.
Figur 7 zeigt eine analoge Ausgestaltungsvariante zu Figur 6 ebenfalls mit einer umlaufenden Isolierung 25, wobei die untere Temperierplatte 23 wiederum über Federn 21 gelagert ist. In Pressenhubrichtung 20 der Temperierstation 4 kommt somit die Platine 2 zeitlich bereits vor einen unteren Totpunkt der Temperierstation in gegenseitigen Anlagenkontakt zwischen oberer Temperierplatte 6 und unterer Temperierplatte 23, so dass die effektive Kontaktzeit zur Temperierung verlängert wird.
Bei den Ausgestaltungsvarianten gemäß Figuren 5 bis 7 sind jeweils die die Profilierung 12 ausbildenden überstehenden Körper 11 einstückig und werkstoffeinheitlich mit der unteren Temperierplatte 6 ausgebildet.
Bei der Ausgestaltungsvariante gemäß Figur 8 sind hier die jeweiligen Körper 11 zweiteilig mit der unteren Temperierplatte 6 ausgebildet in den Bereichen zweiter Art 16 der zu temperierenden Platine 3.
In den Bereichen, in denen eigentlich ein Freiraum 13 verbleiben würde, ist eine zusätzliche Isolierung 25 angeordnet.
Figur 9 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante. In diesem Fall ist die obere Temperierplatte 6 über Federn 21 aufgehangen an dem Oberwerkzeug 7. Es ist noch eine entsprechende Isolierlage 10 eingegliedert, um ein Auskühlen der oberen Temperierplatte 6 zu vermeiden. Die obere Temperierplatte 6 ist auf eine Temperatur größer AC3 erwärmt, durch nicht näher dargestellte Heizmittel und/oder per elektrischer Widerstandsheizung. Durch die Federn 21 wird die effektive Kontaktzeit in Pressenhubrichtung 20 mit der zu erwärmenden Platine 2 verlängert. Ferner ist die untere Temperierplatte 6 vorgesehen, auf welcher Körper 11 zur Ausbildung einer Profilierung 12 aufgesetzt sind. Zwischen den Körpern 11 sind Kühlplatten 26 angeordnet. In den Kühlplatten 26 wiederum sind Kühlkanäle 18 ausgebildet, um eine Temperatur einzustellen, die beispielsweise 600°C betragen kann. Die Körper 11 und die untere Temperierplatte 23 selbst weisen eine Temperatur von ca. AC3-Temperatur auf. Die Körper 11 selbst können auch eine geringere Temperatur als die untere Temperierplatte 23 aufweisen. An der zu erwärmenden Platine 3 werden auch so wiederum Bereiche erster Art 15 und Bereiche zweiter Art 16 ausgebildet.
Figur 10 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Temperierstation 4. Auch hier ist an einem Oberwerkzeug 7 eine homogene auf über AC3-Temperatur erwärmte obere Temperierplatte 6 angeordnet. An einem Unterwerkzeug 8 sind einzelne Körper 11 über Federn 21 gelagert. Es können nicht näher dargestellte axiale Führungen vorgesehen sein, so dass ein seitliches Wegkippen der Körper 11 vermieden wird. Ferner sind Kühlplatten 26 vorgesehen, die eine Temperatur von bevorzugt 500°C bis kleiner AC1-Temperatur, insbesondere 600°C haben. Diese Kühlplatten 26 können wiederum einen Kühlkanal 18 aufweisen. Die Kühlkanäle 18 können beheizt werden durch die seitlichen erwärmten Körper 11, wobei die Körper 11 gemäß Figur 10 aktiv oder passiv über die Blechplatine erwärmt werden können. Die Kühlplatten 26 können ferner mittelbar erwärmt werden durch eine entsprechende Wärmeleitung von der oberen Temperierplatte 6 durch die Platine 3 in die Kühlplatten 26. Die Kühlplatten 26 selbst können auch selber erwärmt werden, jedoch auf eine Temperatur, die kleiner ist als die AC1-Temperatur.
Figur 11 zeigt eine obere Temperierplatte 6, die in diesem Falle als elektrischer Widerstand selbst ausgebildet ist sowie eine untere Temperierplatte 23, wobei auf die Temperierplatte 6 einzelne Körper 11 aufgesetzt sind. Die Körper 11 und die untere Temperierplatte 23 haben jeweils die gleiche Temperatur, die insbesondere über AC3-Temperatur beträgt. Die untere Temperierplatte 23 mit aufgesetzten Körpern 11 gemäß Figur 11 und 12 kann jeweils auch einteilig mit dem Körper 11 ausgebildet sein.
Figur 12 zeigt eine ähnliche Ausgestaltungsvariante zu Figur 11, wobei jedoch auch hier die untere Temperierplatte 6 als elektrischer Widerstand selbst ausgebildet ist. In diesem Fall kann dann weiterhin bevorzugt jedoch auch die untere Temperierplatte 23 mit der Profilierung 12, jedoch auch die obere Temperierplatte 6 jeweils elektrisch isoliert ausgebildet sein, so dass auch bei geschlossener Temperierstation 4 und mithin Anlagenkontakt an der elektrisch leitenden Metallplatine eine kontinuierlich durchgehende Erwärmung der Temperierplatten 6, 23 durchgeführt wird.
Figur 13 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante. Hier ist auf eine untere Temperierplatte 6 eine zusätzliche Masken- bzw. Profilierplatte 27 aufgesetzt. Die untere Temperierplatte 6 ist ebenfalls als elektrischer Widerstand selbst ausgebildet und wird auf eine Temperatur von beispielsweise 500°C erwärmt. In den Körpern 11 der Maskenplatte 27 zeigt sich dann aufgrund mittelbaren Anlagenkontakts unter Eingliederung der zu erwärmenden Platine 2 mit der oberen Kontaktplatte eine Temperatur von beispielsweise 600°C, die sich einstellt. Dazwischen befinden sich Plattenstücke 28, in denen eine demgegenüber geringere Temperatur ausgebildet ist.
Figur 14 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante. Hier ist eine untere Temperierplatte 23 auf beispielsweise eine Temperatur von 500°C temperiert. Auf der unteren Temperierplatte 23 ist eine Isolierlage 10 angeordnet. Auf der Isolierlage 10 sind wiederum Körper 11 angeordnet, die eine Profilierung 12 ausbilden. Zwischen den Körpern 11 sind Freiräume 13 ausgebildet, um an der zu erwärmenden Platine 2 Bereiche erster und zweiter Art 15, 16 mit unterschiedlichen Temperaturen zu erwärmen. Die obere Temperierplatte 6 weist eine Temperatur größer AC3-Temperatur auf. In den Körpern 11 stellt sich eine Temperatur von ca. 800°C ein.
Figur 15 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Temperierstation 4. Hierbei ist am Unterwerkzeug 8 eine Temperierplatte 6 angeordnet, die vorzugsweise eine Temperatur homogen größer gleich AC3-Temperatur aufweist. Diese Temperierplatte 6 ist über ein entsprechendes Heizmittel 24, beispielsweise in Form von Induktoren, geheizt. Darunter befindet sich eine Isolierlage, um Temperaturverluste zu vermeiden. An dem Oberwerkzeug ist hier ebenfalls eine Isolierlage 10 angeordnet und in der Isolierlage 10 ist eine Profilierung in Form von Kühlplatten 26 ausgebildet. Diese Kühlplatten 26 weisen vorzugsweise Kühlkanäle 18 auf, um aktiv gekühlt zu werden, beispielsweise durch Durchleitung eines Kühlfluides. Die Bereiche erster Art 15 liegen somit bei geschlossener Temperierstation auf der Temperierplatte auf und werden erwärmt auf eine Temperatur größer gleich AC3.
Die Bereiche zweiter Art 16, an denen die Kühlplatten 26 zur Anlage kommen, werden gekühlt und erwärmen sich folglich weniger stark. Insbesondere kann durch Einstellung der Kühlleistung in den Kühlplatten 26 gezielt die Temperatur in den Bereichen zweiter Art 16 eingestellt werden. Eine Regelung der Temperierplatte 6 kann dadurch entfallen.
Figur 16 zeigt eine dazu alternative Ausgestaltungsvariante. Hier stehen die Kühlplatten 26 am Oberwerkzeug 7 nicht in Form einer Profilierung über, sondern sind in die Isolierlage 10 eingearbeitet und schließen mit deren Kontaktfläche bündig ab. Dies bietet den Vorteil, dass die Isolierlage 10 bei geschlossener Temperierstation 4 auch einen Kontaktdruck auf die auf der Temperierplatte 6 aufliegende erwärmte Platine 3 ausüben kann. Hierdurch erfolgt eine bessere Wärmeleitung von Temperierplatte 6 an die zu erwärmende Platine 3. Gleichzeitig wird in den Bereichen, in denen die Kühlplatte 26 angeordnet ist, eine gezielte Temperierung der Bereiche zweiter Art 16 ermöglicht.

Bezugszeichen:

1 -: Warmformlinie
2 -: Platine
3 -: erwärmte Platine
4 -: Temperierstation
5 -: Warmumform- und Presshärtewerkzeug
6 -: Temperierplatte
7 -: Oberwerkzeug
8 -: Unterwerkzeug
9 -: Trägerplatte
10 -: Isolierlage
11 -: Körper
12 -: Profilierung
13 -: Freiraum
14 -: Unterseite
15 -: Bereich erster Art
16 -: Bereich zweiter Art
17 -: Oberseite
18 -: Kühlkanal
19 -: Bauteil
20 -: Pressenhubrichtung
21 -: Feder
22 -: Durchlaufofen
23 -: Temperierplatte
24 -: Heizmittel
25 -: Isolierung
26 -: Kühlplatten
27 -: Maskenplatte
28 -: Plattenstück

H -: Höhe

T₁ -: Temperaturzone
T₂ -: Temperaturzone
DL -: Durchlaufrichtung

Claims

Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten und gehärteten Stahlblechbauteils mit einer metallischen Korrosionsschutzbeschichtung aufweisend folgende Verfahrensschritte:
• Bereitstellen einer Platine (2) mit einer Korrsionsschutzbeschichtung,

• Erwärmen der Platine (2) auf eine Temperatur größer AC3 des Stahlwerkstoffes, so dass die Korrosionsschutzschicht mit dem Grundmaterial der Platine (2) durchlegiert,

• Homogenes Einstellen einer Temperatur von 500°C bis AC1,

• Überführen der so vortemperierten Platine (2) in eine Temperierstation (4) und bereichsweise Erwärmen auf eine Temperatur größer gleich AC3 Temperatur, wobei die anderen Bereiche auf der Vortemperatur gehalten werden oder auf eine Temperatur kleiner gleich AC1 erwärmt werden,

• Warmumformen und Presshärten der partiell temperierten Platine (2) in einem Warmumform und Presshärtewerkzeug (5) zu einem Stahlblechbauteil mit bereichsweise voneinander verschiedenen Festigkeitseigenschaften.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Vorerwärmen ein Durchlaufofen (22) verwendet wird, welcher in Durchlaufrichtung (DL) zwei unmittelbar aneinander angrenzende Temperaturzonen (T₁, T₂) aufweist, wobei eine erste Temperaturzone (T₁) eine Temperatur größer der AC3-Temperatur aufweist und eine zweite Temperaturzone (T₂) kleiner der AC3 Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf einer Warmformlinie (1) in einer Taktzeit von 5 bis 15s, bevorzugt von 7 bis 12s und besonders bevorzugt von 8 bis 10s betrieben wird.
Verfahren nach den den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Transferzeit zwischen Ende der Vorerwärmung und Beginn der Kontakterwärmung maximal 10s beträgt und bevorzugt innerhalb von 2 bis 5s. durchgeführt wird.
Verfahren nach mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierstation (4) an einem Unterwerkzeug (8) oder Oberwerkzeug (7) eine Temperieplatte (6) aufweist, die homogen auf eine Temperatur größer AC3 Temperatur erwämt ist, wobei die Temperierplatte (6) die zu erwärmende Blechplatine (2) vollflächig abdeckt und auf der gegenüberliegenden Seite eine Profilierung (12) ausgebildet ist, die bei geschlossener Temperierstation (4) mit der Blechplatine (2) bereichsweise zur Anlage kommt, dergestalt, dass Bereiche erster Art der Platine (2) aufgrund von Anlagenkontakt auch mit der Profilierung (12) austenitisiert werden und Bereiche zweiter Art, auf eine Temperatur unter AC1 Temperatur erwärmt werden, wobei in diesen Bereichen kein Anlagenkontakt erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Temperierplatte (6) gegenüberliegenden Seite eine Kontaktplatte vorgesehen ist, die partielle Bereiche aufweist, die ungekühlt und/oder isoliert sind und weitere Bereiche, die aktiv gekühlt sind, wobei die Kontaktplatte bevorzugt die Platine (2) vollflächig abdeckt.
Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Temperierplatte (6) gegenüberliegenden Seite eine Profilierung (12) vorgesehen ist, die partielle Bereiche aufweist, die bei geschlossener Temperierstation (4) mit der Blechplatine zur Anlage kommt, dergestalt, dass Bereiche erster Art der Blechplatine (2) austenitisiert werden, jedoch nicht mit der Profilierung (12) zur Anlage kommen und Bereiche zweiter Art, auf eine Temperatur unter AC3, bevorzugt unter AC1 Temperatur, erwärmt werden, und mit der Profilierung (12) zur Anlage kommen, wobei die Profilierung (12) gekühlt ist.
Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierstation (4) beidseitig der Platine (2) jeweils eine Temperierplatte (6) aufweist, wobei die Temperierplatte (6) bereichsweise temperiert ist, dergestalt, dass Bereiche erster Art der Platine (2) auf über AC3 Temperatur erwärmt werden und Bereiche zweiter Art unter AC1 temperiert werden.
Warmformlinie den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Profilierung (12) eine Isolierlage (10) angeordnet ist und/oder dass die Profilierung (12) durch Körper (11) aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist und die Körper (11) gegenüber dem Unterwerkzeug (8) bzw. Oberwerkzeug (7) überstehend ausgebildet sind.
Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierplatte (6) und/oder die Profilierung (12) federnd gelagert sind, insbesondere in Hubrichtung der Temperierstation (4), dergestalt, dass insbesondere die effektive Kontaktzeit mit der Platine (2) länger ist, als die Schließzeit der Temperierstation (4) im unteren Totpunkt.
Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass durch die federnde Lagerung der Profilierung (12) und/oder der Temperierplatte (6) beim Schließen und Öffnen der Temperierstation (4), die Anlagenzeit zur Kontakterwärmung, innerhalb der Taktzeit, verlängert wird.
Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierplatte (6) als elektrischer Widerstand ausgebildet ist oder dass die Temperierplatte (6) durch ein Erwärmungsmittel erwärmt wird.
Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (12) passiv durch den Anlagenkontakt mittels der Blechplatine (2) durch die Temperierplatte (6) erwärmt wird.